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阻燃剂是解决锂离子电池电解液易燃问题的途径 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-25 20:05:19
阻燃剂是解决锂离子电池电解液易燃问题的途径之一,它们对电池性能损害较小,抑制电解液燃烧的效果明显。

有机磷系阻燃添加剂是研究较多的一类阻燃剂.其作用机理以(TMP)为例 :首先,TMP在受热的情况下, 变成气态的TMP.TMPliquid→TMPg as;其次,气态的TMP分子分解释放含磷自由基.TMPgas→[P];最后,含磷自由基再与氢自由基等结合,从而阻止链式反应的进行,进而阻止 [P] 有机溶剂的燃烧或爆炸。

在锂离子电池安全性电解液添加剂研究方面已有一些综述和总结,本文将进一步总结适用于储能电站和新能源汽车的电解质阻燃添加剂这方面以及相关技术的最新进展,提高锂离子电池安全性的方向和途径。阻燃剂是解决锂离子电池电解液易燃问题的途径,能有效阻止燃烧和爆炸,保护人身财产安全。

此外,含苯基的磷酸酯类添加剂如磷酸三苯酯(TPP)、磷酸二苯甲苯酯(CDP) 、二苯基辛基磷酸酯(DPOF) 等具有良好阻燃性能,近几年报道较多.QingsongWang等对磷酸二苯甲苯酯(CDP)阻燃添加剂进行了研究,结果表明CDP能够减少滥用情况下气体的产生,CDP的添加能改变电解质的分解模式,CDP分解生成H3PO4,H3PO4可以催化有机溶剂脱 水生成碳,形成表面保护碳层,当电池中的电解液燃烧时该碳层会抑制气态产物的生成。

作者还通过C80微量仪考察充电状态下的Li0.5CoO2对含C DP电解质热稳定的影响,在1mol/LLiPF6/m(EC)∶m(DEC)=1∶1中随着CDP含量的增加, 体系的起始放热温度升高,体系的分解热量降低,说明CDP有利于提高电解质的热稳定性.CDP的含量在5%~15%时对LiG CoO2和石墨的电化学性能没有负面影响.E unGGiShim等对比了添加0,10%,20%和30%二苯基辛基磷酸酯(DPOF)的1.15mol/LLiPF6 /V(EC)∶V(EMC)=1∶1电解质。


(TMP)主要用作医药、农药的溶剂和萃取剂,用作测定锆的试剂、溶剂、萃取剂及气相色谱固定液, 也用作医药和农药的溶剂及萃取剂。在日本,用作纺织油剂和聚合物的防着色剂,锂离子电池用阻燃添加剂。


DSC分析发现DPOF能提高电解质的分解温度,随着DPOF含量的增加,电解质的氧化分解电位向高电位移动,氧化电位在4.75~5.5V vsLi/Li+ ,说明DPOF基电解质可以应用在高压电池体系中.在LiCoO2 /MCMB电池中使用10%DPOF电解液比基准电解液的电池放电容量高,循环40周的放电容量为101.8mAh/g.YanqingL ai等将DPOF作为添加剂加入到1.0mol/LLiPF6 /V(EC)∶V(DEC)∶V(EMC)=1∶1∶1的电解质中, 表现出很好的电化学稳定性,与人造石墨电极的相容性好,在Li/人造石墨半电池中添加20%的DPOF循环50周后容量仍能保持在317.6mAh/g.但是DPOF的添加对正极LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的循环性能影响较大,添加5%的DPOF循环50周后容量保持率为89.6%, 添加20%的DPOF循环50周后容量仅剩下75.7%. P。

Pin研究发现阻燃添加剂磷酸三苯酯( TPP)与Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2的相容性较差,但是与Li(Ni0.8 Co0.15Al0.05)O2有很好的相容性.R. P.Dunn等发现TPP加入到LiPF6 /V(EC)∶V(DEC)电解液体系中,发现显著地降低了电解液的可燃性,并且对grap hite/LiNi0.8Co0.2O2体系电池性能影响很小, 是一种很有前途的添加剂。阻燃剂是解决锂离子电池电解液易燃问题的途径,运用得宜,能很好的解决安全性问题。

Dunn等首先提出将磷酸三苯酯(TPP) 和甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为一种共溶剂成分与标准的LiPF6+E C+EMC体系的电解液混合.这种薄膜硅/锂电池循环使用不同的电解质.标准电解质循环性能差,在前50个周期大约失去初始容量的50%.而含有 TPP和DMMP电解质体系的电池表现出类似较差的循环性能,而在加入具有阳极成膜性能较好的LiBOB后,电池循环性能得到极大改善.通过XPS观察发现,SEI膜结构和成分也得到优化。

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